串口通訊—RS-232-C詳解（一）

串列通訊介面標準經過使用和發展，目前已經有幾種。但都是在RS-232標準的基礎上經過改進而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-323C標準是美國EIA(電子工業聯合會）與BELL等公司一起開發的1969年公布的通訊協定。它適合於資料轉送速率在0～20000b/s範圍內的通訊。這個標準對串列通訊介面的有關問題，如訊號線功能、電器特性都作了明確規定。由於通行裝置廠商都生產與RS-232C制式相容的通訊裝置，因此，它作為一種標準，目前已在微機通訊介面中廣泛採用。

在討論RS-232C介面標準的內容之前，先說明兩點：

　首先，RS-232-C標準最初是遠程通訊串連資料終端設備DTE(Data Terminal Equipment)與資料通信設備DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此這個標準的制定，並未考慮電腦系統的應用要求。但目前它又廣泛地被借來用於電腦（更準確的說，是電腦介面）與終端或外設之間的近端串連標準。顯然，這個標準的有些規定及和電腦系統是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對這種背景的瞭解，我們對RS-232C標準與電腦不相容的地方就不難理解了

　　其次，RS-232C標準中所提到的“發送”和“接收”，都是站在DTE立場上，而不是站在DCE的立場來定義的。由於在電腦系統中，往往是CPU和I/O裝置之間傳送資訊，兩者都是DTE，因此雙方都能發送和接收。

一、RS-232-C

　　　RS-232C標準（協議）的全稱是EIA-RS-232C標準，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業協會，RS（ecommeded standard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。。它規定串連電纜和機械、電氣特性、訊號功能及傳送過程。常用物理標準還有有EIA�RS-232-C、EIA�RS-422-A、EIA�RS-423A、EIA�RS-485。 這裡只介紹EIA�RS-232-C（簡稱232，RS232）。 例如，目前在IBM PC機上的COM1、COM2介面，就是RS-232C介面。

1.電氣特性

　　　 EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種訊號線功能都作了規定。　　　在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V，邏輯0(SPACE)=+3～＋15V，　　　　　　　　　　在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：
　　　　　　　　　　訊號有效（接通，ON狀態，正電壓）＝+3V～+15V
　　　　　　　　　　訊號無效（斷開，OFF狀態，負電壓)=-3V～-15V
              

圖1

　　以上規定說明了RS-323C標準對邏輯電平的定義。對於資料（資訊碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低於-3V，邏輯“0”（空號）的電平告語+3V；對於控制訊號；接通狀態（ON）即訊號有效電平高於+3V，斷開狀態(OFF)即訊號無效的電平低於-3V，也就是當傳輸電平的絕對值大於3V時，電路可以有效地檢查出來，介於-3～+3V之間的電壓無意義，低於-15V或高於+15V的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應保證電平在±(3～15)V之間。

　　EIA-RS-232C與TTL轉換：EIA-RS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態，與TTL以高低電平表示邏輯狀態的規定不同。因此，為了能夠同電腦介面或終端的TTL器件串連，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關係的變換。實現這種變換的方法可用分立元件，也可用整合電路晶片。目前較為廣泛地使用整合電路轉換器件，如MC1488、SN75150晶片可完成TTL電平到EIA電平的轉換，而MC1489、SN75154可實現EIA電平到TTL電平的轉換。MAX232晶片可完成TTL←→EIA雙向電平轉換，圖1顯示了1488和1489的內部結構和引腳。MC1488的引腳(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接TTL輸入。引腳3、6、8、11輸出端接EIA-RS-232C。MC1498的14的1、4、10、13腳接EIA輸入，而3、6、8、11腳接TTL輸出。具體串連方法2所示。圖中的左邊是微機串列介面電路中的主晶片UART，它是TTL器件，右邊是EIA-RS-232C連接器，要求EIA高電壓。因此，RS-232C所有的輸出、輸入訊號都要分別經過MC1488和MC1498轉換器，進行電平轉換後才能送到連接器上去或從連接器上送進來。

　圖2

2、、連接器的機械特性：

　　連接器：由於RS-232C並未定義連接器的物理特性，因此，出現了DB-25、DB-15和DB-9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接器。

　　（1）DB-25： PC和XT機採用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根訊號線，分為4組：

　　①非同步通訊的9個電壓訊號（含訊號地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22

　　②20mA電流環訊號 9個（12，13，14，15，16，17，19,23，24）

　　③空6個（9，10，11，18，21，25）

　　④保護地（PE）1個，作為裝置接地端（1腳）

　　DB-25型連接器的外形及訊號線分配3所示。注意，20mA電流環訊號僅IBM PC和IBM PC/XT機提供，至AT機及以後，已不支援。

　圖3

　　（2）DB-9連接器

　　在AT機及以後，不支援20mA電流環介面，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串列介面的連接器。它只提供非同步通訊的9個訊號。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳訊號完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE裝置串連，必須使用專門的電纜線。

　　電纜長度：在通訊速率低於20kb/s時，RS-232C所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。

　　最大直接傳輸距離說明：RS-232C標準規定，若不使用MODEM，在碼元畸變小於4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺）。可見這個最大的距離是在碼元畸變小於4%的前提下給出的。為了保證碼元畸變小於4%的要求，介面標準在電氣特性中規定，磁碟機的負載電容應小於2500pF。

3、RS-232C的介面訊號

　　RS-232C規標準介面有25條線，4條資料線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是

　　（1）聯絡控制訊號線：

　　資料裝置準備好（Data set ready-DSR)——有效時（ON）狀態，表明MODEM處於可以使用的狀態。

　　資料終端準備好(Data set ready-DTR)——有效時（ON）狀態，表明資料終端可以使用。

　　這兩個訊號有時連到電源上，一上電就立即有效。這兩個裝置狀態訊號有效，只表示裝置本身可用，並不說明通訊鏈路可以開始進行通訊了，能否開始進行通訊要由下面的控制訊號決定。

　　請求發送(Request to send-RTS)——用來表示DTE請求DCE發送資料，即當終端要發送資料時，使該訊號有效（ON狀態），向MODEM請求發送。它用來控制MODEM是否要進入發送狀態。

　　允許發送（Clear to send-CTS）——用來表示DCE準備好接收DTE發來的資料，是對請求發送訊號RTS的響應訊號。當MODEM已準備好接收終端傳來的資料，並向前發送時，使該訊號有效，通知終端開始沿發送資料線TxD發送資料。

　　這對RTS/CTS請求應答聯絡訊號是用於半雙工MODEM系統中發送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統系統中作發送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統系統中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯絡訊號，使其變高。

　　接收線訊號檢出(Received Line detection-RLSD)——用來表示DCE已接通通訊鏈路，告知DTE準備接收資料。當本地的MODEM收到由通訊鏈路另一端（遠地）的MODEM送來的載波訊號時，使RLSD訊號有效，通知終端準備接收，並且由MODEM將接收下來的載波訊號解調成數字兩資料後，沿接收資料線RxD送到終端。此線也叫做資料載波檢出(Data Carrier dectection-DCD）線。

　　響鈴指示(Ringing-RI)——當MODEM收到交換台送來的響鈴呼叫符號時，使該訊號有效（ON狀態），通知終端，已被呼叫。

　　（2）資料發送與接收線：

　　發送資料(Transmitted data-TxD)——通過TxD終端將串列資料發送到MODEM，(DTE→DCE)。

　　接收資料(Received data-RxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發來的串列資料，(DCE→DTE)。

　　（3）地線

　　有兩根線SG、PG——訊號地和保護地訊號線，無方向。

　　上述控制訊號線何時有效，何時無效的順序表示了介面訊號的傳送過程。例如，只有當DSR和DTR都處於有效（ON）狀態時，才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。若DTE要發送資料，則預先將DTR線置成有效(ON)狀態，等CTS線上收到有效(ON)狀態的回答後，才能在TxD線上發送串列資料。這種順序的規定對半雙工的通訊線路特別有用，因為半雙工的通訊才能確定DCE已由接收方向改為發送方向，這時線路才能開始發送。

2個資料訊號：發送TXD；接收RXD。

　　1個訊號地線：SG。

　　6個控制訊號：

　　DSR��數傳機（即modem）準備好，Data Set Ready.

　　DTR��資料終端（DTE，即微機介面電路，如Intel8250/8251,16550）準備好，Data Terminal Ready。

　　RTS��DTE請求DCE發送(Request To Send)。

　　CTS��DCE允許DTE發送（Clear To Send）,該訊號是對RTS訊號的回答。

　　DCD��資料載波檢出，Data Carrier Detection當本地DCE裝置（Modem）收到對方的DCE裝置送來的載波訊號時，使DCD有效，通知DTE準備接收， 並且由DCE將接收到的載波訊號解調為數字訊號， 經RXD線送給DTE。

　　RI��響鈴訊號 Ringing當DCE收到交換器送來的響鈴呼叫符號時，使該訊號有效，通知DTE已被呼叫。